Éter de celulosa sobre resina epoxi

Os residuos de algodón e serrín utilízanse como materias primas, e son hidrolizados en álcaliéter de celulosabaixo a acción do 18% de álcali e unha serie de aditivos. A continuación, use resina epoxi para o enxerto, a proporción molar de resina epoxi e fibra alcalina é de 0,5:1,0, a temperatura de reacción é de 100°C, o tempo de reacción é de 5,0 h, a dosificación do catalizador é do 1% e a taxa de enxerto de eterificación é do 32%. O éter epoxi de celulosa obtido mestúrase con 0,6 mol Cel-Ep e 0,4 mol CAB para sintetizar un novo produto de revestimento con bo rendemento. A estrutura do produto foi confirmada con IR.

Palabras clave:éter de celulosa; síntese; CAB; propiedades do revestimento

Celulosa éter é un polímero natural, que se forma por condensación deβ- glicosa. A celulosa ten un alto grao de polimerización, un bo grao de orientación e unha boa estabilidade química. Pódese obter tratando quimicamente a celulosa (esterificación ou eterificación). Unha serie de derivados da celulosa, estes produtos son amplamente utilizados en plásticos, loncheras biodegradables, revestimentos de automóbiles de alta gama, pezas de automóbiles, tintas de impresión, adhesivos, etc. en constante expansión, formando gradualmente un sistema de industria de fibra. Este tema consiste en utilizar serrín ou algodón residual para ser hidrolizado en fibras curtas mediante lejía, e logo enxertado quimicamente e modificado para formar un novo tipo de revestimento que non se recolle no documento.

1. Experimenta

1.1 Reactivos e instrumentos

Residuos de algodón (lavado e secado), NaOH, 1,4-butanodiol, metanol, tiourea, urea, resina epoxi, anhídrido acético, ácido butírico, tricloroetano, ácido fórmico, glioxal, tolueno, CAB, etc. (A pureza é de grao CP) . O espectrómetro infravermello Magna-IR 550 producido por Nicolet Company dos Estados Unidos utilizouse para preparar as mostras mediante recubrimento de tetrahidrofurano con disolvente. Viscosímetro Tu-4, caldera de reacción eléctrica autocontrolada de temperatura constante de tipo FVXD3-1, producida por Weihai Xiangwei Chemical Machinery Factory; viscosímetro rotacional NDJ-7, tipo Z-10MP5, producido por Shanghai Tianping Instrument Factory; o peso molecular mídese pola viscosidade Ubbelohde; A preparación e proba da película de pintura realizarase segundo a norma nacional GB-79.

1.2 Principio de reacción

1.3 Síntese

Síntese de celulosa epoxi: engade 100 g de fibra de algodón picada a un reactor de axitación eléctrico autocontrolado de temperatura constante, engade un oxidante e reaccione durante 10 minutos, despois engade alcohol e álcali para facer unha lejía cunha concentración do 18%. Engadir aceleradores A, B, etc. para a impregnación. Reaccionar a unha determinada temperatura ao baleiro durante 12 horas, filtrar, secar e pesar 50 g de celulosa alcalina, engadir disolvente mesturado para facer unha suspensión, engadir catalizador e resina epoxi con peso molecular específico, quentar ata 90~110.℃para a reacción de eterificación 4,0~ 6,0h ata que os reactivos sexan miscibles. Engadir ácido fórmico para neutralizar e eliminar o exceso de álcali, separar a solución acuosa e o disolvente, lavar con 80℃auga quente para eliminar o sal de sodio e secar para o seu uso posterior. A viscosidade intrínseca foi medida cun viscosímetro Ubbelohde e o peso molecular medio da viscosidade foi calculado segundo a literatura.

Acetato de butil celulosa prepárase segundo o método da literatura, pesa 57,2 g de algodón refinado, engade 55 g de anhídrido acético, 79 g de ácido butírico, 9,5 g de acetato de magnesio, 5,1 g de ácido sulfúrico, use acetato de butilo como disolvente e reaccione ao unha determinada temperatura ata que se califique, neutralízase engadindo acetato de sodio, precipitou, filtróuse, lavouse, filtrase e seca para o seu uso posterior. Tome Cel-Ep, engade a cantidade adecuada de CAB e disolvente mesturado específico, quéntase e mexa durante 0,5 h para formar un líquido espeso uniforme, e a preparación da película de revestimento e a proba de rendemento seguen o método GB-79.

Determinación do grao de esterificación do acetato de celulosa: primeiro disolver o acetato de celulosa en sulfóxido de dimetilo, engadir unha cantidade medida de solución alcalina para quentar e hidrolizar e titular a solución hidrolizada con solución estándar de NaOH para calcular o consumo total de álcali. Determinación do contido de auga: colocar a mostra nun forno a 100~105°C para secar durante 0,2 h, pesar e calcular a absorción de auga despois do arrefriamento. Determinación da absorción de álcalis: pesar unha mostra cuantitativa, disolvela en auga quente, engadir o indicador violeta de metilo e valorar con 0,05 mol/L de H2SO4. Determinación do grao de expansión: pesa 50 g de mostra, esmagaa e colócaa nun tubo graduado, le o volume despois da vibración eléctrica e compárao co volume de celulosa en po sen alcalina para calcular o grao de expansión.

2. Resultados e discusión

2.1 A relación entre a concentración de álcali e o grao de inchazo de celulosa

A reacción da celulosa cunha certa concentración de solución de NaOH pode destruír a cristalización regular e ordenada da celulosa e facer que a celulosa se inche. E diversas degradacións ocorren na lixivia, reducindo o grao de polimerización. Os experimentos mostran que o grao de inchazo da celulosa e a cantidade de unión ou adsorción de álcali aumentan coa concentración de álcali. O grao de hidrólise aumenta co aumento da temperatura. Cando a concentración de álcali alcanza o 20%, o grao de hidrólise é do 6,8% a t=100°C; o grao de hidrólise é do 14% en t=135°C. Ao mesmo tempo, o experimento mostra que cando o álcali é superior ao 30%, o grao de hidrólise da escisión da cadea de celulosa redúcese significativamente. Cando a concentración de álcali alcanza o 18%, a capacidade de adsorción e o grao de inchazo da auga son o máximo, a concentración segue aumentando, cae bruscamente ata unha meseta e despois cambia constantemente. Ao mesmo tempo, este cambio é bastante sensible á influencia da temperatura. Baixo a mesma concentración de álcali, cando a temperatura é baixa (<20°C), o grao de inchazo da celulosa é grande e a cantidade de auga de adsorción é grande; a alta temperatura, o grao de inchazo e a cantidade de adsorción de auga son significativos. reducir.

As fibras alcalinas con diferentes contidos en auga e contido en álcalis determináronse mediante o método de análise de difracción de raios X segundo a literatura. Na operación real, úsase un 18% ~ 20% de lixivia para controlar unha determinada temperatura de reacción para aumentar o grao de inchazo da celulosa. Os experimentos mostran que a celulosa reaccionada por quecemento durante 6~12 h pode disolverse en disolventes polares. En base a este feito, o autor pensa que a solubilidade da celulosa xoga un papel decisivo no grao de destrución do enlace de hidróxeno entre as moléculas de celulosa no segmento cristalino, seguido do grao de destrución do enlace de hidróxeno dos grupos intramoleculares de glicosa C3-C2. Canto maior sexa o grao de destrución do enlace de hidróxeno, maior será o grao de inchazo da fibra alcalina e o enlace de hidróxeno destrúese completamente e o hidrolizado final é unha substancia soluble en auga.

2.2 Efecto do acelerador

Engadir alcohol de alto punto de ebulición durante a alcalinización da celulosa pode aumentar a temperatura de reacción e engadir unha pequena cantidade de propelente como alcohol inferior e tiourea (ou urea) pode favorecer moito a penetración e o inchazo da celulosa. A medida que aumenta a concentración de alcohol, aumenta a absorción alcalina da celulosa e hai un punto de cambio repentino cando a concentración é do 20%, o que pode ser que o alcohol monofuncional penetre nas moléculas de celulosa para formar enlaces de hidróxeno coa celulosa, evitando que a celulosa se produza. moléculas Os enlaces de hidróxeno entre cadeas e cadeas moleculares aumentan o grao de desorde, aumentan a superficie e aumentan a cantidade de adsorción de álcalis. Non obstante, nas mesmas condicións, a absorción de álcalis das fichas de madeira é baixa e a curva cambia nun estado fluctuante. Pode estar relacionado co baixo contido de celulosa nas virutas de madeira, que contén unha gran cantidade de lignina, que dificulta a penetración do alcohol, e ten unha boa resistencia á auga e aos álcalis.

2.3 Eterificación

Engade un 1% de catalizador B, controla diferentes temperaturas de reacción e realiza a modificación de eterificación con resina epoxi e fibra alcalina. A actividade da reacción de eterificación é baixa en 80°C. A taxa de enxerto de Cel é só do 28% e a actividade de eterificación case se duplica en 110.°C. Considerando as condicións de reacción como o disolvente, a temperatura de reacción é 100°C, e o tempo de reacción é de 2,5 h, e a taxa de enxerto de Cel pode alcanzar o 41%. Ademais, na fase inicial da reacción de eterificación (<1,0 h), debido á reacción heteroxénea entre a celulosa alcalina e a resina epoxi, a taxa de enxerto é baixa. Co aumento do grao de eterificación Cel, convértese gradualmente nunha reacción homoxénea, polo que a reacción A actividade aumentou drasticamente e a taxa de enxerto aumentou.

2.4 Relación entre a taxa de enxerto Cel e a solubilidade

Os experimentos demostraron que despois de enxertar resina epoxi con celulosa alcalina, pódense mellorar significativamente as propiedades físicas como a viscosidade do produto, a adhesión, a resistencia á auga e a estabilidade térmica. Proba de solubilidade O produto cunha taxa de enxerto Cel <40% pódese disolver en éster alcohólico inferior, resina alquídica, resina de ácido poliacrílico, ácido pimárico acrílico e outras resinas. A resina Cel-Ep ten un efecto solubilizante evidente.

Combinado coa proba da película de revestimento, as mesturas cunha taxa de enxerto do 32% ~ 42% xeralmente teñen unha mellor compatibilidade, e as mesturas cunha taxa de enxerto de <30% teñen unha compatibilidade deficiente e baixo brillo da película de revestimento; a taxa de enxerto é superior ao 42%, a resistencia á auga fervendo, a resistencia ao alcohol e a resistencia a disolventes orgánicos polares da película de revestimento redúcense. Co fin de mellorar a compatibilidade do material e o rendemento do revestimento, o autor engadiu CAB segundo a fórmula da Táboa 1 para solubilizar e modificar aínda máis para promover a coexistencia de Cel-Ep e CAB. A mestura forma un sistema homoxéneo aproximado. O grosor da interface de composición da mestura tende a ser moi delgado e tenta estar en estado de nanocélulas.

2.5 Relación entre Cel—Relación de mestura Ep/CAB e propiedades físicas

Usando Cel-Ep para mesturar con CAB, os resultados das probas de revestimento mostran que o acetato de celulosa pode mellorar significativamente as propiedades de revestimento do material, especialmente a velocidade de secado. O compoñente puro de Cel-Ep é difícil de secar a temperatura ambiente. Despois de engadir CAB, os dous materiais teñen unha obvia complementariedade de rendemento.

2.6 Detección de espectro FTIR

3. Conclusión

(1) A celulosa de algodón pode incharse a 80°C con > 18% de álcali concentrado e unha serie de aditivos, aumenta a temperatura de reacción, prolonga o tempo de reacción, aumenta o grao de inchazo e degradación ata que estea completamente hidrolizado.

(2) Reacción de eterificación, a relación de alimentación molar Cel-Ep é 2, a temperatura de reacción é 100°C, o tempo é de 5 h, a dosificación do catalizador é do 1% e a taxa de enxerto de eterificación pode alcanzar o 32% ~ 42%.

(3) Modificación de mestura, cando a relación molar de Cel-Ep:CAB=3:2, o rendemento do produto sintetizado é bo, pero o Cel-Ep puro non se pode usar como revestimento, só como adhesivo.